水力噴砂射孔工藝及在現(xiàn)場的應(yīng)用

1、水力噴砂射孔工藝及在現(xiàn)場的應(yīng)用隨著低滲透油藏開發(fā)力度不斷加大, 越來越多的儲量得到動用但是由于儲層地質(zhì)特征或井身結(jié)構(gòu)不適宜直接進行水力壓裂或酸化 改造 , 如對于固井質(zhì)量不好、 上下有水層、 地層壓力過高而不能進行 壓裂改造的極小薄層、 薄互層等要求射孔位置精度較高的井 , 為了實 現(xiàn)有效挖潛目的層 , 水力噴砂射孔是一種行之有效的技術(shù)手段。 水力 噴砂射孔是用地面壓裂車將混有一定濃度石英砂的水漿加壓， 通過油 管泵送至井下， 水砂漿通過井下射孔工具的噴嘴噴射出高速射流， 刺 穿套管和近井地層， 形成一定直徑和深度的射孔孔眼， 水力噴砂射孔 可以產(chǎn)生比常規(guī)射孔更大更深的射孔孔眼， 高度可由地面

2、調(diào)節(jié)， 尤其 是水力噴砂射孔可以避免常規(guī)射孔產(chǎn)生的壓實帶， 并且應(yīng)力松弛帶動 井筒裂縫的張開和孔隙度滲透率得到提高， 同時孔跟不會上下延伸溝 通水層，所以水力噴射具有很強的技術(shù)特色， 對底水或者氣頂?shù)忍厥?油藏改造尤為適宜。1 工作原理及特點1.1 工作原理由動量 -沖量定律可知 , 高壓泵將帶有磨料 （通常是石英砂 ） 的液 體 , 從油管經(jīng)特制的噴嘴將壓頭轉(zhuǎn)換為速度 , 即給液流中的砂粒以 動量 , 該動量與套管、巖層或其他障礙物接觸時 , 動量的速度突然降 為 0 , 此時含砂射流以沖量做功 , 于是便產(chǎn)生了水力噴砂射孔技術(shù)。1.2 特點噴砂射孔與普通射孔相比具有以下特點 : 穿透深 ,

3、 對污染半徑小 的儲層可以起到射孔、解堵的雙重目的 ; 在孔眼周圍形成清潔通道 , 不會形成壓實帶造成儲層傷害 ;射孔孔徑較大 ; 可以根據(jù)不同的井身 結(jié)構(gòu)和層段有選擇地進行射孔。2 噴砂射孔方案設(shè)計方法2.1 噴射參數(shù)的設(shè)計(1) 噴射排量。噴砂射孔過程首先需要確定最小的施工排量 , 確保噴射過程砂 漿的順利排出。根據(jù)理論分析及現(xiàn)場經(jīng)驗 , 應(yīng)用密度 2.65g/cm3 的石 英砂進行噴射施工， 10%砂比順利返出 , 一般要求流速大于 1.2 m/ s。 在設(shè)計時首先需要根據(jù)井身結(jié)構(gòu)確定最低施工排量 , 例如對于內(nèi)徑 124.26 mm 套管 外徑 73 mm油管 , 要保證砂漿的順利返出

4、 , 至少 要求排量大于 0.3m3/min , 現(xiàn)場一般采用 0.5 m 3/ min 。(2) 噴射層位及噴槍個數(shù)。噴槍一般長度為 3540cm , 可以根據(jù)地質(zhì)要求及油層厚度確定 下入噴槍的位置及個數(shù)。一般來講，排量 1.0m3/min , 對于噴嘴直徑 3.8m左右的工具可以保證 8孔孔眼壓差 20MPa。例如, 對于 3000 m以 內(nèi)的油井 , 在地面設(shè)備許可的條件下排量達到 3.0 m3/min , 可以下入 8 只噴槍 , 共 24 孔。根據(jù)試驗及理論分析 , 水力噴砂射孔過程的噴射時間、 噴射深度 及壓力之間存在如下關(guān)系 :V0=240Q/nd2(1)Lmax=6.4dV0/

5、（Vth +VP）（2）52t = 2.535 105 H6.4dV0/ （2.18H +VP） 2ln6.4 dV0/6.4 dV02（2.184H+ VP）L-L/（2.184H+ VP）（3）Lt = 0Lt = Lmax式中: Q 為噴射排量 ,m3/min ; n 為噴嘴孔數(shù) , 個; d 為噴嘴 直徑 ,mm; Cd 為孔眼流量系數(shù) ; V0 為噴射速度 ,m/s ;Lmax 為最大 噴射深度 ,mm; Vth 為臨界噴射速度 ,m/s ; Vp為在噴射孔由于回 流導(dǎo)致的速度損失 ,m/s;H 為材料的洛氏硬度 ; t 為噴射時間 ,s 。對 于上述方程可以采取數(shù)值方法求解 , 為

6、方便預(yù)測有關(guān)參數(shù) , 列出了 不同材料的硬度及臨界噴射速度 （表 1）。表 1 不同材料的硬度及臨界噴射速材料名稱硬度（洛氏硬度 ）臨界噴射速度 / （m/ s）碳化鎢9363.2J55 不銹鋼2013.3石英巖1912.6頁巖（含硅）1711.3砂巖（含鐵）頁巖（白云巖 ）149.3大理石 （鈣質(zhì)）117.3大理石 （含硅）85.3砂巖（瀝青質(zhì) ）64.0頁巖（瀝青質(zhì) ）32.0根據(jù)上述方法計算 , 孔眼壓差在 20MPa時,對于含鐵砂巖噴射 時間在 2030min液體利用率最高。2.2 磨料的選擇實驗表明 , 在一定壓力和排量下 , 射孔深度不隨磨料的濃度和 磨料直徑的增加而增加 , 相反

7、在磨料粒徑增加到一定程度時射孔深度反而有下降趨勢。 這說明在一定壓力和排量下磨料有一最佳濃度值 和粒徑值。根據(jù)實驗結(jié)果 , 最佳濃度范圍為 6 %8 %, 適用濃度 4 % 10 %, 最佳粒徑為 0.4 0.6 mm, 現(xiàn)場推薦采用 5 %8 %, 0.4 0.8mm 的石英砂。2.3 噴射工作液工作液選用具有一定攜砂能力、 沿程阻力較小的液體 , 并且要特 別重視油層的保護工作。通過室內(nèi)實驗 , 決定采用 0.2 % 0.5 %HPG 或 HPS , 粘度要求達到 20 40MPas 以上 , 以保證攜砂性能。推薦 的施工配方 :稠化劑 HPG的濃度為 0.2 % 0.5 %; 防膨劑 K

8、Cl 的濃度 為 1 %2 %或 DTE濃度為 0.2 % 0.3 % , 根據(jù)不同情況可加入殺菌 劑、破乳劑等。2.4 噴射管柱強度校核噴槍位置的準(zhǔn)確程度對于噴砂射孔是至關(guān)重要的 , 同時由于管 柱承受較高的內(nèi)壓 , 管柱強度的校核是極為重要的。 根據(jù)工藝過程 , 通過井筒溫度場的計算、壓力場的計算、油管柱的受力分析、管柱的 應(yīng)力計算等建立了一套適合噴砂射孔的高壓作業(yè)管柱設(shè)計分析方法。 3 現(xiàn)場應(yīng)用2009年 3 月 19日，我機組對鎮(zhèn) 98井長 3 1，2053.5-2054.5m 進 行了水力噴砂射孔作業(yè)。鎮(zhèn) 98 井位于甘肅省慶城縣土橋鄉(xiāng)，是鄂爾多斯盆地伊陜斜坡的 一口預(yù)探井。長 3

9、1層為油水同層（油層數(shù)據(jù)如下圖所示） ，故采用水 力噴砂射孔。層 位井段（m）厚度 （ m）電阻 率( m)視孔隙度（%）視水 飽 （%）時差 (us/m)密度(g/cm3)解釋結(jié)果長32053.4-2056.02.69.6616.9552.01236.082.41油水層2056.0-2059.93.96.9516.4463.42233.942.42含油水 層在磨料的選擇方面，選用了 0.425-0.85mm 的石英砂，真密度為2.64g/cm 2, 視密度為 1.62g/cm 2。施工管柱為：堵頭 +眼管+節(jié)箍+單流閥 +噴射器 +27/8 外加厚油 管至井口。施工過程：1、作業(yè)隊技術(shù)員認(rèn)真

10、檢查鉆具，用油管規(guī)對入井油管逐根進行 試通，合格后按 10-20m/min 的速度平穩(wěn)下完施工鉆具后由測井站校 深，調(diào)整好鉆具位置，坐井口，聯(lián)結(jié)好放噴管線。2、備液前清洗儲液罐，按設(shè)計配制好合格的工作液體。3、擺好施工車輛及輔助車輛，聯(lián)接好地面管線油管注入系統(tǒng)試 泵 45Mpa，無刺漏。4、用活性水正循環(huán)灌滿井筒，套管返水，泵壓正常后換液施工泵注程序如下）工作內(nèi)容液性注入液量3 m油管注液 排量 m3/min加砂量含砂濃度Kg/ m3砂比%液氮排 量 m3/min泵注時 間 minKgm3低替活性水8.01.08.0基液2.01.02.0噴砂射孔基液10.01.812960.81207.45.

11、8基液20.02.027861.71408.610.5基液15.02.223981.51609.97.2頂替基液8.02.04.0水力噴射后，關(guān)閉環(huán)空蹩開地層，若壓力超過 30MPa，則先泵注 3m3 酸液降壓；若破壓較低，壓開地層后把酸液全部擠入地層，酸液排量控制在 0.5m3/min 以下5、停泵后，用活性水 +基液 40m3正循環(huán)沖砂，然后抽汲 施工結(jié)果：2009年 3月21日至 3月30日對該井長 31：2053.5-2054.5m 壓 裂后抽汲求產(chǎn)，抽深 2050m，動液面 1950-2000m，日產(chǎn)油為 0t ，日 產(chǎn)水 4.9 m3 。與其他該層位非水力噴砂射孔井相比，產(chǎn)量有較大

12、提 高。4 存在的問題水力噴射施工過程中， 施工管柱內(nèi)外的溫度和壓力都會隨著施工 色進行發(fā)生較大變化， 溫度降低必然導(dǎo)致油管的收縮， 油管內(nèi)壓力則 可引起其膨脹并使管柱縮短，這些變化將引起油管的伸縮，從而 影響噴嘴定位的準(zhǔn)確性， 但是考慮到水力噴射階段嘴噴射位置， 實現(xiàn) 準(zhǔn)確噴射對薄互層改造尤為必要。5 結(jié) 論(1) 水力噴砂射孔對于油氣井增產(chǎn)及壓裂改造是一項重要的支撐 技術(shù) , 可以作為直接改造措施和壓裂工作的預(yù)處理 , 能夠有效降低 地層破裂壓力和生產(chǎn)壓差。 特別適用于由于固井質(zhì)量不好及鄰近水層 等原因無法進行壓裂酸化增產(chǎn)措施的井。(2) 噴砂射孔對于小薄層、薄互層可以起到射孔和解堵的雙重目的 , 射孔精度控制在 0.1 m 的范圍內(nèi)。(3) 通過現(xiàn)場試驗 , 形成了一套噴砂射孔現(xiàn)場方案的設(shè)計方法 , 可以根據(jù)不同的油氣井身結(jié)構(gòu)、 噴射層位參數(shù)、 噴射工具 , 設(shè)計噴射 過程的施工排量、預(yù)測施工過程的壓力及噴射深度 , 優(yōu)化施工時間。(4) 水力噴射是一新型的射孔和初步改造儲層的工藝方式，目前 技術(shù)狀況下可以達到溝通油氣層和制造一定深度裂縫的工程效果：(5) 相對于壓裂，水力噴射射孔溝通范圍有限，滲流半徑較小， 同時考慮到施 T 時溫度壓力對油管的影響， 水力噴射射孔噴嘴的準(zhǔn)確 定位技術(shù)有待解決，一定程度上影響了改造效果：(6) 水力噴射射孔不導(dǎo)致裂縫的上下延伸，不會溝